黑河发源于秦岭主峰太白山东南坡的二爷海（海拔约3650米），自西南向东北蜿蜒流淌125.8公里，流经厚畛子镇、马召镇等地，最终于尚村镇石马村注入渭河。其流域呈狭长形，集水面积2258平方公里。黑河流域降水南北差异悬殊。秦岭山区是降水高值区，年降水量在800毫米至1000毫米以上，随海拔升高而增加，源头高山区可达1200毫米。而北部的平原地区年降水量则降至600-700毫米左右。全流域平均年降水量约在900毫米上下。黑河水量丰沛且稳定，多年平均径流量约8.17亿立方米，但年际变化显著，历史最大与最小年径流量相差近四倍。河流自然落差高达1100余米，水能资源理论蕴藏量可观。
黑河是一条典型的山区河流，其宽度变化极大。在秦岭深山峡谷段，河面狭窄，多不足50米，水流湍急；进入山前平原后，河床展宽，尤其在临近入渭口处，宽度可达100-200米左右。但需注意，其宽度受季节性水量影响显著。
主要支流： 黑河水量丰沛，其众多支流如同叶脉般汇入主干。主要支流包括：虎豹河、王家河、 大蟒河、田峪河、沙河、就峪河等。
流域流经的主要城市与区域
1. 周至县： 这是黑河流经的核心区域。从发源地到出山口，再到注入渭河，黑河纵贯周至县全境。著名的周至县黑河国家森林公园就位于其上游山区。
2. 西安市（直接供水区域）： 虽然黑河干流不直接流经西安市中心城区，但通过黑河引水工程，其水源被输送至西安，是西安城市供水的绝对主力水源，滋养着千万西安市民。
黑河峡谷是古代连接关中与陕南（傥骆道的一部分）的重要通道之一。傥骆道是穿越秦岭最快捷也最险峻的古道，黑河部分路段为其提供了水源和路径，留下了诸多历史遗迹和传说。
军事要冲： 因其险要地势，历史上是兵家防守的要地。
仙游寺： 位于黑河出山口附近的金盆水库库区原址（现已搬迁复原）。隋代建立，是佛教重要寺院，唐代大诗人白居易曾在此任县尉，并在此创作了千古名篇《长恨歌》。
楼观台： 位于黑河河畔，相传是道家祖师老子讲授《道德经》之地，有“天下第一福地”之称，是中国道教的发祥地之一，与黑河山水相依。
傥骆道遗迹： 沿途留有古栈道孔、摩崖石刻等。
生态与旅游： 黑河上游的秦岭山区生物多样性极其丰富，是大熊猫、金丝猴、羚牛等珍稀动物的栖息地。黑河国家森林公园以其原始森林、深潭飞瀑和清新空气，成为重要的生态旅游和避暑胜地。
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